第五讲 岩土工程介质的电磁学特性

第五讲岩土工程介质的电磁学特性

在工程地球物理研究中将各类岩石、土、混凝土、木材、玻璃、塑料、金属等材料通称为工程介质。雷达探测的基本原理是使用电磁波穿透工程介质，当存在电磁性质差异界面时，电磁波发生反射，根据反射波的时程与动力学特征确定介质的结构。因而研究各类工程介质的电磁性质及差异，是了解电磁波在各类介质中传播、衰减、折射、反射规律的基础，是应用地质雷达的基础，也是资料解释的基础。介质的电磁学性质可用电导率、介电常数和磁导率来表征。

5.1介质的电导率、磁导率与介电常数

★介电常数的物理含义

介电常数是一个无量纲物理量，它表征一种物质在外加电场情况下，储存极化电荷的能力。自然界中物质的介电常数最大的物质是水，介电常数为81，最小的是空气与金属，数值为1。工程状态下的岩土介质，其介电常数的主要差异决定其含水量的大小。介电常数不同的两种介质的界面，会引起电磁波的反射，反射波的强度与两种介质的介电常数及电导率的差异有关。即使介电常数的差异小到1时，也能产生雷达可以检测到反射。

★磁导率的物理含义

磁导率是一个无量纲物理量，它表征介质在磁场作用下产生磁感应能力的强弱。绝大多数工程介质都是非铁磁性物质，磁导率都接近1，对电磁波传播特性无重要影响。纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等材料为铁磁性物质，其磁导率很高，达到102-104，电磁波在这些物质中传播时波速和衰减都受到重要影响。

★电导率（电阻率）的物理含义

电导率（电阻率的倒数）是表征介质导电能力的参数，单位为S/m，它对于电磁波的传播有重要影响。

低电导：σ<10-7S/m 满足σ/εω〈〈1，电磁波衰减小，适宜雷达工作；此类介质有：空气，干燥花岗岩，干燥灰岩，混凝土，沥青，橡胶，玻璃，陶瓷等；

中电导：10-7S/m<σ<10-2S/m，电磁波衰减较大，雷达勉强工作；

此类介质有：淡水，淡水冰，雪，砂，淤泥，干粘土，含水玄武岩，湿花岗岩，土壤，冻土，砂岩，粘土岩，页岩等；

高电导：σ>10-2S/m，满足σ/εω?1，电磁波衰减极大，难于传播；

此类介质有：湿粘土，湿页岩，海水，海水冰，湿沃土，含水砂岩，含水灰岩，金属物等；

5.2岩土工程介质的电磁性质

各类岩石、各类土的电磁学性质有了很多的研究和测定。空气是自然界中电阻率最大、介电常数最小的介质，电磁波速最高，衰减最小。水是自然界中介电常数最大的介质，电磁波速最低。干燥的岩石、土和混凝土其电磁参数虽有差异，但差异不大，基本上多数属于高阻介质，介常数在4-9之间，属中等波速介质。但是由于各类岩土不同的孔隙率和饱水程度，显现出较大的电磁学性质差异。这些差异表现在介电常数和电导率方面，决定了不同岩性对应不同的波速和不同的

衰减。下边是一些工程介质电磁学参数测定结果表。

工程介质的电磁参数表

5.3水对工程介质电磁性质的影响

很多工程事故都与水有关，水的存在改变了介质的工程力学性质，这是大家熟知的。但是水的存在还可以大大的改变介质的电磁学性质，为地质雷达检测提供一些便利。

众所周知，水是自然界中介电常数最大、电磁波速最低的介质。纯净水是高足的，并不导电。但水是自然界中最好的溶剂，当水中溶解一定量的矿物质时，水溶液具有很好的导电性，电导较高。如果岩石孔隙、裂隙、断裂破碎带或是松散土中充满水，则充水后的介质的电磁学性质就要受到水的影响，介电常数介与水和岩土之间，电导率也回明显升高。这有利于用雷达检测软弱结构带，水起到了造影剂的作用。干砂的介电常数只有2.6，电导率很低仅为1.4*10-4，但砂充水之后，介电常数升高到25，几乎提高到10倍；电导率升高到6.9*10-3，提高了一倍，或许不算明显，是因为砂中可溶性矿物较少，再看一看粘土，情形回大不相同。

干燥粘土的介电常数是2.4，比较小。电导律是2.710-4，也比较小。当粘土充水后介电常数提高到15，提高了近7倍，电导率升高到5.0*10-2，提高了近两个数量级。粘土的空隙率不高，所以变化还不算太大。有些孔隙率大、可溶成分多或是流动不畅的积水，起电磁常数的变化会更大。

下边有两幅曲线图，用以说明含水量对于电导率和介电常数的影响。一个是淤泥质粘土不同含水量条件下电导率的变化。用2*105HZ频率电磁波测试，含水量由1%增加到30%时，电导率由10-4S/m变化到10-1s/m，升高了3个数量级；另一幅图表示不同含水量的砂和粘土介电常数的变化。含水量由1%增加到60%时，介电常数由2增加到81。这两附图充分的所明了水对工程介质电磁学参数的影响。

介电常数随含水量的变化电导率随含水量的变化

5.4介质电磁特性对电磁波传播的影响

工程介质既不是理想状态的导体，也不是理想状态的绝缘体，它是具有一定电阻率的电介质。因为有一定的电导率，电磁波在工程介质中传播时，在电磁场的作用下会产生传导电流，发热做功，造成电磁波能的损耗。因而在工程介质中电磁波传播的距离是有限的，介质的电导率越高衰减越大，传播距离越近。

大多数的工程介质的介电常数为中等值。自然界中物质的介电常数最小为1，是空气，最大为81，是水。岩石、土、混凝土等常见的工程介质的介电常数在4-9之间。粗略说来，岩土介质的电磁波速是水的3倍，空气的电磁波速又是岩土介质的3倍。因而岩土介质与空气、水有较大的波阻抗差异，其接触界面反射强烈。

工程介质的另一个特点就是其电磁参数与频率有关，电导率、介电常数都与电磁波频率有关。介质的电导率随电磁波频率的升越高而升高，频率不同时介电常数也不同，因而电磁波在工程介质中传播是要发生色散。

通常用σ/εω《1表示电磁波能很好传播的绝缘介质，σ/εω》1表示电磁波强烈衰减的导体介质。干燥岩土和混凝土介质满足前者，金属板、钢架满足后者。饱水的粘土介于两者之间。

岩土工程介绍及发展前景、设计

岩土工程简介及发展前景、设计岩土工程 岩土工程：是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，作为自己的研究对象。 基本概念 地上、地下和水中的各类工程统称土木工程。土木工程中涉及岩石、土、地下、水中的部分称岩土工程。 发展现状 随着多种所有制工程施工企业的发展及跨区域经营障碍被打破，岩土工程市场已处于完全竞争状态。岩土工程项目承接主要通过公开招投标活动实现，行业内市场化程度较高，市场集中度偏低。 我国岩土工程行业具有企业数量多、规模小的特点。据《2013-2017年中国岩土工程行业发展前景与投资战略规划分析报告》统计，我国仅从事强夯业务的企业就超过300家，岩土工程行业的集中度较低，导致优势企业无法形成规模优势。这与发达国家该行业高度集中的特点形成了鲜明对比。 岩土工程行业在未来的发展中要解决行业分散、集中度过低的问题，提高整体竞争力进而提高盈利能力，需要在未来的发展中抓住时代机遇，适应时机，以更优的业务模式、调整行业业务结构类型，实现行业的飞速发展。 数据显示，未来岩土工程行业的几大发展机遇主要表现在以下四个方面： 民生工程的机遇 根据国家“十二五”规划，在“十二五”期间，我国经济将着重调整经济结构，大力发展新兴产业，提升经济发展的质量和效益，同时会加大民生领域的投资，将着力保障和改善民生作为五大着力点之一，民生工程建设已上升为国家发展战略高度。 民生工程投入最多的领域包括：1000万套保障性住房建设、教育和卫生等民生工程、技术改造和科技创新，以及农田水利建设投资四万亿等。2011年中央财政在民生工程计划

21世纪岩土工程发展展望

21世纪岩土工程发展展望 浙江大学 龚晓南教授 1　引　言 展望岩土工程的发展,笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的 地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过 程不同，其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地， 或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积 的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取 样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的 误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。在原位试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件 时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程 分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展 望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的 是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine(1857)理 论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论。为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程， Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。回顾我国近50年以来岩土工程的发展，它是紧紧围绕我国土木工程建设中出现的岩土工程问题而发展的。在改革开放以前，岩土工程工作者较多的注意力集中在水利、铁道和矿井工程建设中的岩土工程问题，改革开放后，随着高层建筑、城市地下空间利用和高速公路的发展，岩 土工程者的注意力较多的集中在建筑工程、市政工程和交通工程建设中的岩土工程问题。土木工程功能化、 城市立体化、交通高速化，以及改善综合居往环境成为现代土木工程建设的特点。人口的增长加速了城市发 展，城市化的进程促进了大城市在数量和规模上的急剧发展。人们将不断拓展新的生存空间，开发地下空 间，向海洋拓宽，修建跨海大桥、海底隧道和人工岛，改造沙漠，修建高速公路和高速铁路等。展望岩土工 程的发展，不能离开对我国现代土木工程建设发展趋势的分析。 一个学科的发展还受科技水平及相关学科发展的影响。二次大战后，特别是在20世纪60年代以来， 世界科技发展很快。电子技术和计算机技术的发展，计算分析能力和测试能力的提高，使岩土工程计算机 分析能力和室内外测试技术得到提高和进步。科学技术进步还促使岩土工程新材料和新技术的产生。如近年 来土工合成材料的迅速发展被称为岩土工程的一次革命。现代科学发展的一个特点是学科间相互渗透，产 生学科交叉并不断出现新的学科，这种发展态势也影响岩土工程的发展。 岩土工程是20世纪60年代末至70年代初，将土力学及基础工程、工程地质学、岩体力学三者逐渐结 合为一体并应用于土木工程实际而形成的新学科。岩土工程的发展将围绕现代土木工程建设中出现的岩土 工程问题并将融入其他学科取得的新成果。岩土工程涉及土木工程建设中岩石与土的利用、整治或改造，其

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岩土工程未来发展的一点思考讲课教案

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一、对以往工程进行梳理、归纳和总结，充分利用“大数据”服务社会，服务城市建设。很多城市在建设三维地理信息管理系统，我们可以构建城市地质多参数运行管理系统，作为一个独立专题或直接嵌入系统平台供查阅调研，将地形地貌、岩土物理力学性质指标、地层结构、水文地质条件、工程地质问题、地基承载力、桩基参数、变形参数等内容纳入其中，具有研究和指导意义，可选一点、一个面，也可选三维地质体进行展示，或用于附近新项目的前期资料，为政府部门规划做好参谋，为勘察设计单位提供岩土工程勘察工作量布置的依据，可更合理布置优化勘察工作量。济南市、东营市等地的多参数研究课题建立的三维系统得以运行，起到了较好的示范作用，随着课题研究的不断深入，新的内容加入，三维模型内涵扩展，并与其他资源配置融合，赋予了新的内容和活力，资源环境承载力概念的引入，更使得城市地质三维建模进入新的扩越是发展的时期。 二、对于大型项目岩土工程地质的综合研究得到重视，大型项目尤其是超大项目业主、城市公共设施建设主导部门越来越重视综合研究对工程建设的指导意义。如青岛海湾大桥项目岩土工程勘察分几个标段、不同单位承担，所提供的岩土参数有一定差异，设计者使用有一定困难，按保守取值将会造成大量浪费，若取值冒进，则有可能造成工程事故或安全隐患，更谈不上对后期工程的指导和借鉴意义。经工程咨询单位与建设业主协商，就其关心的工程重大问题及后期工程运营时岩土性状和基础及上部结构层的变化规律，将这些研究成果归入大桥运营管理系统。青岛海湾大桥工程地质问题综合研究，将几家勘察单位的勘察成果报告重新整理，有关地层结构、岩土物理力学参数重新耦合，尤其是桩基参数——跨海大桥唯一的基础形式桩基础所承受的荷载非常大，结合试桩资料，反复推演，确定了合理的桩基参数，为本工程展开大规模工程桩施工提供了可靠充分的依

2021年注册岩土工程师考试复习资料

注册岩土工程师基本考试大纲 基本某些 一、高等数学 1.1 空间解析几何向量代数直线平面旋转曲面二次曲面空间曲线 1.2 微分学极限持续导数微分偏导数全微分导数与微分应用 1.3 积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用 1.4 无穷级数数项级数不清幂级数泰勒级数傅立叶级数 1.5 常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降解方程常系数线性方程 1.6 概率与数理记录随机事件与概率古典概率一维随机变量分布和数字特性数理记录基本概念参数预计假设检查方差分析一元回归分析 1.7 向量分析 1.8 线性代数行列式矩阵n维向量线性方程组矩阵特性值与特性向量二次型 二、普通物理

2.1 热学气体状态参数平衡态抱负气体状态方程抱负气体压力和温度记录解释能量按自由度均分原理抱负气体内能平均碰撞次数和平均自由程麦克思韦速率分布率功热量内能热力学第一定律及其对抱负气体等值过程和绝热过程应用气体摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其记录意义可逆过程和不可逆过程 2.2 波动学机械波产生和传播简谐波表达式波能量驻波声波声速超声波次声波多普勒效应 2.3 光学相干光获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉迈克尔逊干涉仪惠更斯—菲涅耳原理单缝衍射光学仪器辨别本领x射线衍射自然关和偏振光布儒斯特定律告马吕斯定律双折射现象偏振光干涉人工双折射及应用 三、普通化学 3.1 物质构造与物质状态原子核外电子分布原子、离子电子构造式原子轨道和电子云概念离子键特性共价键特性及类型分子构造式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质关系 3.2 溶液溶液浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算滲透压概念电解质溶液电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水离子积及ph值盐类水解平衡及溶液酸碱性多相离子平衡及溶液酸碱性多相离子平衡溶液积常数溶解度概念及计算 3.3 周期表周期表构造：周期、族原子构造与周期表关系元素性质及氧化物及其水化物酸碱性递变规律 3.4 化学反映方程式化学反映速率与化学平衡化学反映方程式写法及计算反映热概念热化学反映力方程式写法化学反映速率表达办法浓度、温度对反映速率影响速率常

电介质的电气特性及放电理论-高电压技术考点复习讲义和题库

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由此可见汤逊理论只适用于一定的Pd范围，当Pd>26 66kPa. cm后，击穿过程就将发生改变，不能用汤逊理论来解释了。 2、流注理论 利用流注理论可以很好地解释高气压、长间隙情况下出现的一系列放电现象。 (1) 放电外形 流注通道电流密度很大，电导很大，故其中电场强度很小。 因此流注出现后，将减弱其周围空间内的电场，加强了流注前方的电场，并且这一作用伴随着其向前发展而更为增强。因而电子崩形成流注后，当某个流注由于偶然原因发展更快时，它就将抑制其它流注的形成和发展，这种作用随着流注向； 前推进将越来越强，开始时流注很短可能有三个，随后减为两个，最后只剩下一个流注贯通整个间隙了，所以放电是具有通道形式的。 (2) 放电时间 根据流注理论，二次电子崩的起始电子由光电离形成，而光子的速度远比电子的大，二次电子崩又是在加强了的电场中，所以流注发展更迅速，击穿时间比由汤逊理论推算的小的多。 (3) 阴极材料的影响 根据流注理论，大气条件下气体放电的发展不是依靠芷离子使阴极表面电离形成的二次电子维持的，而是靠空间光电离产生电子维持的，故阴极材料对气体击穿电压没有影响。 在Pd值较小的情况下，起始电子不可能在穿越极间距离后完成足够多的碰撞电离次数，因而难 e≥108所要求的电子数，这样就不可能出现流注，放电的自持只能依靠阴极上的 过程。以聚积到ad 因此汤逊理论和流注理论适用于一定条件下的放电过程，不能用一种理论来取代另一种理论，它们互相补充，可以说明广阔的Pd范围内的放电现象。 ‘ 3、不均匀电场中气体的击穿 稍不均匀电场中放电达到自持条件时发生击穿现象，此时气隙中平均电场强度比均匀电场气隙的要小，因此在同样极间距离时稍不均匀场气隙的击穿电压比均匀气隙的要低，在极不均匀场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须增高电压才能完成。 极不均匀电场有如下特征： (1) 极不均匀电场的击穿电压比均匀电场低；

计算电磁学

电磁学: 电磁学是研究电磁现象的规衛［］应用的物理学分支学科，起源于18世纪。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学”但狭义来说是_ 门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要硏究电磁波、电磁场以及有关电荷、带电物体的动力学等等。 计算电磁学: 内容简介： 本书在论述计算电磁学的产生背景、现状和发展趋势的基础上, 系统地介绍了电磁仿真中的有限差分法、人工神经网络在电磁建模中的应用，遗传算法在电磁优化中的应用等。 图书目录： 第一童绪论 1.1计算电磁学的产生背景 1.1.1高性能计算技术 1.1.2计算电磁学的重要性 1.1.3计算电磁学的硏究特点 1.2电磁场问题求解方法分类 1.2.1解析法 1.2.2数值法 1.2.3半解析数值法 13当前计算电磁学中的几种重要方法 13.1有限元法

1.3.2时域有限差分法 1.3.3矩量法 1.4电磁场工程专家系统 1.4.1复杂系统的电磁特性仿真 1.4.2面向CAD的复杂系统电磁特性建模1.4.3电磁场工程专家系统 第一篇电磁仿真中的有限差分法 第二童有限差分法 2.1差分运算的基本概念 2.2二维电磁场泊松方程的差分格式 2.2.1差分格式的建立 2.2.2不同介质分界面上边界条件的离散方法2.2.3第一类边界条件的处理 2.2.4第二类和第三类边界条件的处理 2.3差分方程组的求解 2.3.1差分方程组的特性 2.3.2差分方程组的解法 2.4工程应用举例 2.5标量时域有限差分法 2.5.1瞬态场标量波动方程 2.5.2稳定性分析 2.5.3网格色散误差

2.5.4举例 第三童时域有限差分法I——差分格式及解的稳定性3.1FDTD基本原理 3.1.1Yee的差分算法 3.1.2环路积分解释 3.2解的稳定性及数值色散 3.2.1解的稳定条件 3.2.2数值色散 3.3非均匀网格及共形网格 3.3.1渐变非均匀网格 3.3.2局部细网格 3.3.3共形网格 3.4三角形网格及平面型广义Yee网格 3.4.1三角形网格离散化 3.4.2数值解的稳定性 3.4.3平面型广义Yee网格 3.5半解析数值模型 3.5.1细导线问题 3.5.2增强细槽缝公式 3.5.3小孔耦合问题 3.5.4薄层介质问题 3.6良导体中的差分格式

岩土工程介绍及发展研究方向

岩土工程介绍及发展研究方向 展望岩土工程的发展,笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过程不同，其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地，或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。在原位试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine(1857)理论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论。为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程，Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。回顾

计算电磁学入门基础介绍

计算电磁学入门基础介绍 一. 计算电磁学的重要性 在现代科学研究中，“科学试验，理论分析，高性能计算”已经成为三种重要的研究手段。在电磁学领域中，经典电磁理论只能在11 种可分离变量坐标系中求解麦克斯韦方程组或者其退化形式，最后得到解析解。解析解的优点在于： ①可将解答表示为己知函数的显式，从而可计算出精确的数值结果; ②可以作为近似解和数值解的检验标准; ③在解析过程中和在解的显式中可以观察到问题的内在联系和各个参数对数值结果所起的作用。 这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。当遇到不规则形状或者任意形状边界问题时，则需要比较复杂的数学技巧，甚至无法求得解析解。20 世纪60 年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法也迅速发展起来，并在实际工程问题中得到了广泛地应用，形成了计算电磁学研究领域，已经成为现代电磁理论研究的主流。简而言之，计算电磁学是在电磁场与微波技术学科中发展起来的，建立在电磁场理论基础上，以高性能计算机技术为工具，运用计算数学方法，专门解决复杂电磁场与微波工程问题的应用科学。相对于经典电磁理论分析而言，应用计算电磁学来解决电磁学问题时受边界约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。原则上来讲，从直流到光的宽广频率范围都属于该学科的研究范围。近几年来,电磁场工程在以电磁能量或信息的传输、转换过程为核心的强电与弱电领域中显示了重要作用。 二. 电磁问题的分析过程 电磁工程问题分析时所经历的一般过程为： 三. 计算电磁学的分类 (1) 时域方法与谱域方法 电磁学的数值计算方法可以分为时域方法(Time Domain或TD)和频域方法(Frequeney Domain或FD)两大类。 时域方法对Maxwell方程按时间步进后求解有关场量。最著名的时域方法是时域有限差分法(Finite Difference Time Domain或FDTD)。这种方法通常适用于求解在外界激励下场

工程地质知识：岩土工程的未来发展趋势

工程地质知识：岩土工程的未来发展趋势根据岩土工程的阶段发展来看，现阶段岩土工程处于向第四阶段转变的过程之中。因此，为了更好的推进岩土工程的进一步发展，更好的推进岩土工程走向未来，就需要立足现状，着眼未来，对岩土工程的未来发展趋势进行分析。 ①由于岩土工程施工具有复杂性，对各种岩土与土体的性质掌握具有不确定性，所以，针对于此，就需要在岩土工程的未来发展过程中，不断的推向岩土工程走向多样化、多层次化。所以，在进行岩土工程施工之前，针对不同的岩土、不同的土层进行层次化研究、测验，从而利用先进的科学技术进行模拟实验，从而使岩土工程能够在发展的过程中，具有多层次的未来发展趋势。 ②现阶段岩土工程是一项科学性很强的学科，是一项在施工过程中追求精确、准确性的严谨性学科。因此，就需要在未来发展的过程中，不断的深入研究，不断的研究岩石工程的有关规律，从而探索新的施工程序，探求新的计算公式，从而将各种有效的计算方法结合，从而满足更为精密的岩土工程施工的需要。因此，在推进岩土工程施工未来发展的过程中，就需要不断的探索新规律，不断地探索新方法，从而得出岩土工程建设过程中的新的受力算法、新求解公式、新的施工程序。 ③融人岩土工程科学性研究，当今世界是一个追求科学、追寻真理、不断向前发展的世界。因此，在推进岩土工程走向未来发展的同时，就需要将科学性思维、科学性方法以及科学性的知识融入岩土工

程施工的研究性工作之中。融入科学的思维方法就需要培养思维创新，以创新性头脑去开发新的岩土工程施工工艺。融人科学的工作方法，就需要在开发新的岩土工程时，不断的研究新方法、应用新方式，以合理、有效的方式促进岩土工程的研究工作走向未来。融人科学的学科知识就是指在进行岩土工程施工研究新技术之前，熟知各种岩土工程知识，并将知识进行创新，从而开创岩土工程走向未来。

岩土工程的现状及发展

万方数据

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岩土工程的现状及发展 作者：陈东佐， 李静， Chen Dongzuo， Li Jing 作者单位：陈东佐,Chen Dongzuo(太原大学,建工系,山西,太原,030009)， 李静,Li Jing(山西城市建设职工中专,山西,太原,030013) 刊名： 太原大学学报 英文刊名：JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY 年，卷(期)：2003,4(3) 被引用次数：2次 本文读者也读过(10条) 1.李远耀.殷坤龙.代云霞基于广义Hoek-Brown准则强度折减法的岩坡稳定性分析[会议论文]-2008 2.谢国忠.曾庆招浅谈岩土工程的发展[期刊论文]-四川建材2006,32(6) 3.胡岱文.吴曙光土力学与基础工程课程教学改革与实践[会议论文]-2006 4.龚晓南.马克生.白晓红.梁仁旺.巨玉文.张小菊复合地基沉降可靠度分析[会议论文]-2002 5.李晓俊.白晓红.黄仙枝土工带加筋碎石土本构关系的三轴试验研究[会议论文]-2004 6.陈东佐.梁仁旺水泥土桩及CFG桩复合地基问题的探讨[期刊论文]-太原理工大学学报2003,34(3) 7.阎凤翔.白晓红.梁仁旺.栗润德太原东山黄土静力与动力性质对比[会议论文]-2004 8.白晓红.黄仙枝.岂连生土工加筋带技术在建筑地基中应用[会议论文]-2006 9.王佳.白晓红.贺武斌.贾军刚湿陷性黄土的原位载荷试验研究[会议论文]-2005 10.张平.尹建军.杨存龙.李宁.ZHANG Ping.YIN Jianjun.YANG Cunlong.LI Ning H-B准则及其在某公路隧洞支护设计中的应用[期刊论文]-中南公路工程2006,31(6) 引证文献(2条) 1.王元锋.黎来福.张虹野浅议岩土工程新发展[期刊论文]-山西建筑 2007(33) 2.唐春海上部结构与地基基础静力共同作用研究的回顾与展望[期刊论文]-中国科技信息 2005(12) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/bf10690709.html,/Periodical_tydxxb200303012.aspx

计算电磁学结课论文

《计算电磁学》学习心得 姓名：桑dog 学号： 班级： 联系方式：

前言 计算电磁学是科技的重要领域它的研究涉及到应用计算机求解电磁方程它的重要性基于麦克斯韦方程——唯一的可以描述小到亚原子大到天体尺度的所有物理现象的方程, 。而且, 麦克斯韦方程式对于结果拥有很强的预测能力: 对于一个复杂问题的麦克斯韦方程的解通常可以准确的预知实验结果。因此, 麦克斯韦方程的解对于提高我们对复杂系统之物理现象的洞察力和设计复杂系统的能力均有极大帮助所以, 成功求解麦克斯韦方程式拥有广泛的应用前景: 例如纳米技术, 电脑微电子电路, 电脑芯片设计, 光学, 纳米光学, 微波工程, 遥感, 射电天文学, 生物医学工程, 逆散射和成象等等。 这篇文章的安排如下：第一章介绍了计算电磁学的重要意义以及发展状况。第二章介绍了计算电磁学中解决问题的方法分类。第三章对主要的数值方法进行了简介。第四章展望了计算电磁学的发展趋势。

第1章计算电磁学的重要性 在现代科学研究中，“科学试验，理论分析，高性能计算”已经成为三种重要的研究手段[1]。在电磁学领域中，经典电磁理论只能在11 种可分离变量坐标系中求解麦克斯韦方程组或者其退化形式，最后得到解析解。解析解的优点在于： ●可将解答表示为己知函数的显式，从而可计算出精确的数值结果; ●可以作为近似解和数值解的检验标准; ●在解析过程中和在解的显式中可以观察到问题的内在联系和各个参数对数值 结果所起的作用。 这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题[2]。当遇到不规则形状或者任意形状边界问题时，则需要比较复杂的数学技巧，甚至无法求得解析解。20 世纪60 年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法也迅速发展起来，并在实际工程问题中得到了广泛地应用，形成了计算电磁学研究领域，已经成为现代电磁理论研究的主流。简而言之，计算电磁学是在电磁场与微波技术学科中发展起来的，建立在电磁场理论基础上，以高性能计算机技术为工具，运用计算数学方法，专门解决复杂电磁场与微波工程问题的应用科学。相对于经典电磁理论分析而言，应用计算电磁学来解决电磁学问题时受边界约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。原则上来讲，从直流到光的宽广频率范围都属于该学科的研究范围。近几年来,电磁场工程在以电磁能量或信息的传输、转换过程为核心的强电与弱电领域中显示了重要作用。[3]

岩土工程勘察复习资料

管涌：在渗透变形的形式下，单个土颗粒发生独立移动的现象。 流土：是一定体积的土颗粒在渗流作用下同时发生移动的现象，在粉细砂和黏聚力弱的亚砂土中最为常见。 扬压力：是坝基地下水压力由浮托力和渗透压力两部分组成。 1.岩土工程勘察：综合运用各种勘察手段和技术方法，有效查明建筑场地的工程地质条件分析评价建筑场地可能出现的岩土工程问题，对场地地基的稳定性和适宜性做出评价为工程建设规划，设计，施工和正常使用提供可靠依据。目的：充分利用有力的自然地质条件，避开或改造不利的地质因素，保证工程建筑物的安全稳定经济合理和正常使用。基本任务：a查明建筑场地的工程地质条件，指出场地内不良地质作用的发育情况及其对工程建设的影响，对场地稳定性和适宜性做出评价。b查明岩土体的分布，性状和地下水活动条件，提供设计、施工所需的地质资料和岩土技术参数，c分析研究与工程建筑有关的岩土工程问题，并做出确切的评价结论。d对场地内建筑总平面布置，各类岩土工程设计，岩土体加固处理，不良地质作用整治等方案做出评估。f预测工程施工和运行工程中对地质环境和周围建筑物的影响，并提出保护措施的建议。基本特点：在研究岩土工程问题时，必须考虑他们与工程建设的关系及相互影响，预测工程建设活动与地质环境间可能产生的工程地质作用的性质和规模及将来发展的趋势。 2.岩土问题：指工程建筑与岩土体之间相互作用所产生的对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的矛盾或问题。 3.岩土工程问题的分析评价是岩土工程勘察的核心任务和中心环节，

岩土工程问题的分析要吃透两头“工程地质条件”和“工程意图”。 4.岩土工程勘察等级应根据：工程重要性等级，场地复杂程度等级，地基复杂程度等级，三项因素综合确定。。 5.岩土工程勘察的基本方法：工程地质测绘和调查、勘探与取样、原位测试与室内试验、现场检验与检测、勘察资料室内整理。 6.岩土工程勘查阶段的划分：可行性研究勘察阶段、初步勘查阶段、详细勘察阶段、施工勘察阶段。 7.工程地质测绘：运用地质、工程地质理论，对与工程建设有关的各种地质现象和作用进行详细的观察和描述，初步查明场地内的工程地质条件，将诸要素有那个不同的颜色符号按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上并结合其他勘察工作资料编制成工程地质图，提供给相关工作。 8.工程地质测绘调查内容：地形地貌、地层岩性、地质构造与地应力、水文地质条件、不良地质作用、人类工程活动、已有建筑物。 9.工程地质测绘的基本方法：路线穿越法、布点法、追索法。调查程序：一阅读已有资料二用已有资料对研究区域工程地质条件做出评价三现场踏勘四正式测绘开始。 10.工程地质测绘调查成果资料：工程地质测绘实际材料图、综合工程地质图或工程地质分区图、综合地质柱状图、工程地质剖面图及各种素描图照片和文字描述。 11.勘探手段：直接的（探井、探槽）半直接的（钻探）间接的（物探）。

电磁学复习计算题(附答案)

《电磁学》计算题（附答案） 1. 如图所示，两个点电荷＋q 和－3q ，相距为d . 试求： (1) 在它们的连线上电场强度0=E ? 的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ (2) 若选无穷远处电势为零，两点电荷之间电势U =0的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ d +q 2. 一带有电荷q ＝3×10-9 C 的粒子，位于均匀电场中，电场方向如图所示．当该粒子沿水平方向向右方运动5 cm 时，外力作功6×10-5 J ，粒子动能的增量为4.5×10-5 J ．求：(1) 粒子运动过程中电场力作功多少？(2) 该电场的场强多大？ 3. 如图所示，真空中一长为L 的均匀带电细直杆，总电荷为q ，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d 的P 点的电场强度． 4. 一半径为R 的带电球体，其电荷体密度分布为 =Ar (r ≤R ) ， =0 (r ＞R ) A 为一常量．试求球体内外的场强分布． 5. 若电荷以相同的面密度均匀分布在半径分别为r 1＝10 cm 和r 2＝20 cm 的两个同心球面上，设无穷远处电势为零，已知球心电势为300 V ，试求两球面的电荷面密度的值． (0 ＝8.85× 10-12C 2 / N ·m 2 ) 6. 真空中一立方体形的高斯面,边长a ＝0.1 m ，位于图中所示位 置．已知空间的场强分布为： E x =bx , E y =0 , E z =0． 常量b ＝1000 N/(C ·m)．试求通过该高斯面的电通量． 7. 一电偶极子由电荷q ＝1.0×10-6 C 的两个异号点电荷组成，两电荷相距l ＝2.0 cm ．把这电偶极子放在场强大小为E ＝1.0×105 N/C 的均匀电场中．试求： (1) 电场作用于电偶极子的最大力矩． (2) 电偶极子从受最大力矩的位置转到平衡位置过程中，电场力作的功． 8. 电荷为q 1＝8.0×10-6 C 和q 2＝－16.0×10-6 C 的两个点电荷相距20 cm ，求离它们都是20 cm 处的电场强度． (真空介电常量 ＝8.85×10 -12 C 2N -1m -2 ) 9. 边长为b 的立方盒子的六个面，分别平行于xOy 、yOz 和xOz 平面．盒子的一角在坐标原点处．在 此区域有一静电场，场强为j i E ? ??300200+= .试求穿过各面的电通量． E ? q L d q O x z y a a a a

岩土工程勘察复习资料(姜宝良)

岩土工程的工作内容按工程建设阶段分：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测、岩土工程检测。 勘察阶段:R行性研究阶段勘察、初步勘察、详细勘察。 岩土工程勘察方法分：工程地质测绘与调查、勘探与取样、室内试验、原位测试、现场测试、资料整理。 土按地质成因分：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土。 强夯法适用于从碎石到黏性土的各种土— 采空区按开采形成时间分为：老采空区、现采空区、未来采空区。 在场地详细勘测阶段，对单栋建筑，测试土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2个。 液限大于或等于50%的高塑形黏土，判定为原生红黏土；液限大于45%的黏土判定为次生红黏土。 填土的物质组成和堆填方式分为：素填土、杂填土、冲填土；填土按堆填时间的长短划分为：古填土、老填土、新填土。 素填土的工程性质取决于它的均匀性和密实度。 渗透变形：流土、管涌、基坑突涌。 实地测绘法常用：路线法、布点法、追索法。 标准贯入试验：以15~30击/min的贯入速度将贯入器打入试验土层中，先打入15cm 不计击数，继续贯入土中30cm记录锤击数N。若地层比较密实，贯入击数较大时，也可记录贯入深度小于30cm的锤击数，这时需换算成贯入深度为30cm 的锤击数No 桩基工程检测的内容：桩基强度、桩基变形、几何受力条件。桩身质量检测包括：桩的承载力、桩身混凝土灌注质量、结构完整性。 岩浆岩:岩浆在向地表上升过程中，由于热量散失逐渐经过分异等作用冷凝而成岩浆岩。 沉积岩:沉积岩是由岩石、矿物在内外力作用下破碎成碎屑物质后，再经水流、 风吹和冰川等的搬运，堆积在大陆低洼地带或海洋，再经胶结、压密等成岩作用而成的岩石。 变质岩:变质岩是岩浆岩或沉积岩在高温、高压或其他因素作用下，经变质所形成的岩石。 黏性土：塑形指数大于10的土。大于10,小于等于17的土为粉质黏土；大于17的土为黏土 地下硐室：人工开挖或天然存在与岩体体内作为各种用途的建筑物的统称。 基坑工程:建筑物或构建物地下部分施工时，需要开挖基坑，进行施工降水和基坑周边的为挡，同时要对基坑四周的建筑物、构建物、道路和地下管线进行监测及安全防护，确保正常、安全施工。 不良地质作用：由地球内力或外力产生的对工程可能造成的危害的地质作用。 采空区:人类在大面积采挖地下矿体或进行其他地下挖掘后所形成的地下矿坑或洞穴。 老采空区：历史上已经开采过、现已停止开采的采空区。 砂土液化现象:松散的砂土受到震动时有变得更紧密的趋势。但饱和砂土的孔隙全部为水充填，因此这种趋于紧密的作用将导致孔隙水压力的骤然上升，而在地震过程

展望岩土工程的发展

展望岩土工程的发展,需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过程不同，其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地，或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。在原位试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine(1857)理论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论。为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程，Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。回顾我国近50年以来岩土工程的发展，它是紧紧围绕我国土木工程建设中出现的岩土工程问题而发展的。在改革开放以前，岩土工程工较多的注意力集中在水利、铁道和矿井工程建设中的岩土工程问题，改革开放后，随着高层建筑、城市地下空间利用和高速公路的发展，岩土工程者

计算电磁学之FDTD算法的MATLAB语言实现

South China Normal University 课程设计实验报告 课程名称：计算电磁学 指导老师： 专业班级： 2014级电路与系统姓名： 学号：

FDTD算法的MATLAB语言实现 摘要：时域有限差分(FDTD)算法是K.S.Yee于1966年提出的直接对麦克斯韦方 程作差分处理,用来解决电磁脉冲在电磁介质中传播和反射问题的算法。其基本思想是:FDTD计算域空间节点采用Yee元胞的方法,同时电场和磁场节点空间与时间上都采用交错抽样；把整个计算域划分成包括散射体的总场区以及只有反射波的散射场区,这两个区域是以连接边界相连接,最外边是采用特殊的吸收边界,同时在这两个边界之间有个输出边界,用于近、远场转换;在连接边界上采用连接边界条件加入入射波,从而使得入射波限制在总场区域；在吸收边界上采用吸收边界条件,尽量消除反射波在吸收边界上的非物理性反射波。 本文主要结合FDTD算法边界条件特点,在特定的参数设置下，用MATLAB语言进行编程，在二维自由空间TEz网格中，实现脉冲平面波。 关键词：FDTD；MATLAB；算法 1 绪论 1.1 课程设计背景与意义 20世纪60年代以来，随着计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法逐步发展起来，并得到广泛应用，其中主要有：属于频域技术的有限元法（FEM）、矩量法(MM)和单矩法等；属于时域技术方面的时域有限差分法(FDTD)、传输线矩阵法(TLM)和时域积分方程法等。其中FDTD是一种已经获得广泛应用并且有很大发展前景的时域数值计算方法。时域有限差分（FDTD）方法于1966年由K.S.Yee提出并迅速发展，且获得广泛应用。K.S.Yee用后来被称作Yee氏网格的空间离散方式，把含时间变量的Maxwell旋度方程转化为差分方程，并成功地模拟了电磁脉冲与理想导体作用的时域响应。但是由于当时理论的不成熟和计算机软硬件条件的限制，该方法并未得到相应的发展。20世纪80年代中期以后，随着上述两个条件限制的逐步解除，FDTD便凭借其特有的优势得以迅速发展。它能方便、精确地预测实际工程中的大量复杂电磁问题，应用范围几乎涉及所有电磁领域，成为电磁工程界和理论界研究的一个热点。目前，FDTD日趋成熟，并成为分析大部分实际电磁问题的首选方法。

岩土工程发展前景

岩土工程发展前景 引言 展望岩土工程的发展，笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过程不同，其工程性质往往具有很大的差别。 岩石出地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地，或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。 在原试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展

望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine（1857）理论和Fellenius（1926）圆弧滑动分析理论。 为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程，Terzaghi（1925）发展了一维固结理论。回顾我国近50年以来岩土工程的发展，它是紧紧绕我国土木工程建设中出现的岩土工程问题而发展的。 在改革开放以前，岩土工程工作者较多的注意力集中在水利、铁道和矿井工程建设中的岩土工程问题，改革开放后，随着高层建筑、城市地下空间利用和高速公的发展，岩土工程者的注意力较多的集中在建筑工程、市政工程和交通工程建设中的岩土工程问题。土木工程功能化、城市立体化、交通高速化，以及改善综合居往环境成为现代土木工程建设的特点。 人口的增长加速了城市发展，城市化的进程促进了大城市在数量和规模上的急剧发展。人们将不断拓展新的生存空间，开发地下空间，向海洋拓宽，修建跨海大桥、海底隧道和人工岛，改造沙漠，修建高速公和高速铁等。展望岩土工程的发展，不能离开对我国现代土木工程建设发展趋势的分析。 岩土工程是20世纪60年代末至70年代初，将土力学及基础工程、